一种高通量碳基复合导热膜生产系统及生产方法与流程

本发明属于二维材料基薄膜制备领域，涉及一种高通量碳基复合导热膜生产系统及生产方法。

背景技术：

1、随着现代科技的进步，特别是在微电子、半导体和新能源等领域，高热流密度的问题日益凸显。为了有效地解决这些领域中的散热问题，高通量石墨基导热膜因其卓越的导热性能而被广泛应用。特别是在5g通信、高性能计算、电动汽车等领域，其市场需求呈爆炸式增长。随着纳米技术和材料科学的深入发展，高通量石墨基导热膜的制备技术得到了显著提升。例如，通过湿法融合组装快捷的增加导热膜的厚度，可以制备出具有更高通量的石墨热管理膜。

2、除了传统的电子散热领域，石墨基导热膜在航空航天、医疗器械、新能源等领域也得到了应用。特别是在新能源汽车领域，其作为电池热管理系统的关键材料，对于提高电池的安全性和性能起到了关键作用。但是，在实际应用中，低厚度石墨膜的导热通量已经难以满足高频、高功率设备的应用需求。尽管制备技术已经取得了显著进步，但如何进一步提高石墨膜的导热能力、降低其制备成本并提高其稳定性仍然是当前面临的技术挑战。

3、常规来说，小分子或者大分子的有机物粘结材料的热稳定性都较差、且热阻大，不适用于长时间工作、高稳定工作的高功率器件散热。金属材料具有热导率高、且超薄状态下熔点低等优势，非常适用于高通量热管理碳膜的粘合。但目前，金属在石墨表面的低成本组装问题一直没有得到很好的解决，其原因在于石墨表面过于光滑没有很好的吸附位点，非常容易在电镀过程中脱落，因此难以直接电镀形成均匀的粘合层，影响碳膜的粘结效果。

技术实现思路

1、本发明针对现有技术的不足，提供一种高通量碳基复合导热膜生产系统，解决石墨类材料复合难的问题，成功的在碳基导热膜之间有效沉积金属层，获得稳定、高通量碳基复合导热膜。

2、本发明采用如下技术方案：一种高通量碳基复合导热膜生产系统，至少包括：

3、电镀槽；

4、用于将多层碳基导热膜引入到所述电镀槽的送膜辊，以使得碳基导热膜在电镀槽中进行电镀沉积；

5、用于将电镀后的碳基导热膜从所述电镀槽内引出并收卷的收卷辊；

6、所述电镀槽的一侧壁安装有多个第一导引辊和一个第二导引辊；相对的另一侧壁设置有电极板；引入的多层碳基导热膜经第一导引辊分层，经第二导引辊合并后引出；

7、第二导引辊与任意两个相邻的第一导引辊的连线的夹角为0.2-10°；本发明中，通过层间夹角的设置，形成从宽到窄的狭缝结构。在狭缝处，由于电流极化，狭缝处非常容易形成金属颗粒的电化学沉积。当狭缝夹角过小将不利于金属离子进入，不能满足金属层厚度要求；如果狭缝夹角过大，将无法锚定金属离子，无法实现沉积。

8、还包括电源，所述第二导引辊与电源相连形成阳极；电极板与电源相连形成阴极；

9、和，热压装置，将收卷辊收卷前或收卷后的复合膜进行热压处理。

10、作为本领域公知常识，第二导引辊与任意两个相邻的第一导引辊的连线的夹角可以通过调节两个第一导引辊的上下间距、调节第一导引辊和第二导引辊之间的水平距离等方式来实现。

11、在本发明某些实施例中，所述的多个第一导引辊上下等距分布，由此，可以形成相同狭缝夹角，实现各个层间的等厚度沉积。

12、收卷辊的收卷速度可以根据沉积电压等1-50 m/min调整。作为本领域公知常识，收卷速度越小，则沉积时间越长，在相同的沉积电压、电镀液浓度条件下，沉积厚度越小。相反。收卷速度越大，则沉积时间越小，在相同的沉积电压、电镀液浓度条件下，沉积厚度越小。

13、本发明所述热压装置可以为热压辊，第二导引辊引出后的复合膜经热压辊热压还原后，经收卷辊收卷。

14、本发明所述热压装置可以为真空热压机，收卷辊收卷后得到的复合膜经所述真空热压机热压还原。

15、基于上述系统，本发明还提供如下生产方法：向电镀槽内注入电镀液直到没过所述第二导引辊；将多层碳基导热膜通过送膜辊引入到所述电解槽进行电沉积，在碳基导热膜层间形成金属层；热压后得到所述高通量碳基复合导热膜; 所述高通量石墨导热膜由碳基导热膜和金属层层复合而成。 复合导热膜中金属层的厚度在20-100 nm。

16、本发明所述的碳基导热膜可以为：由石墨、石墨烯、碳纳米管、富勒烯、石墨炔、碳纤维中的一种或多种组合构成，导热膜的厚度在10-200 μm。

17、本发明所述的电镀液中金属离子为铜、金、银、铝、铁、锡、镍、锌的一种或多种，其通过在电解过程中得电子，形成金属单质，沉积在碳基导热膜层间。

18、本发明所述的电镀液中金属离子浓度可以根据实际需要在0.1-2 mol/l范围内调整，浓度越高，在相同的电解沉积条件下，金属层越厚。同理，电镀的电压可以根据实际需要在4-5 v范围内调整，电流密度可以在10-25 a/dm2范围内调整，电镀时间可以在4-20 min范围内调整。

19、基于本发明的生产系统，本领域技术人员至少可以通过调节收卷速度、电镀液浓度、电压、电流、电解时间来调整金属层厚度在20-100 nm范围内，当金属层厚度过低时，金属层导热性不能充分发挥，同时其均匀性也显著降低，不利于复合膜整体性能实现；金属层厚度过高，材料整体则体现为金属特性，复合膜的力学性能下降，并且耐腐蚀、耐老化性能显著降低。

20、本发明所述热压辊的辊压压力为6-30 mpa，温度为600-800℃，加热方式为压力处辅助电热。采用局部电热的高温辊压方式是为了避免滚筒过热导致的复合膜变形。

21、真空热压机的热压压力为3-10 mpa，温度为500-600℃，热压维持10-60 s，真空度5-20 pa。其中热压是通过在压力处局部电热或者压力板整体加热。采用较短的热压时间和真空条件是为了快速实现复合层之间的紧密结合，避免过热处理导致变形分层。

22、本发明的有益效果在于：

23、（1）本发明通过第一导引辊和第二导引辊的设置，在电解液中构建狭缝结构，利用薄膜叠合前期产生的狭缝效应解决了金属在石墨、石墨烯、碳纳米管等碳基材料表面难以电镀沉积的难题，实现了金属在碳基导热膜层间的可控沉积。

24、（2）本发明在可以根据需要，一次完成所需要通量导热膜的制备，可连续生产，效率高、操作简单，电镀液及其溶剂可循环利用，具有成本低、无污染等优势。

25、（3）控制沉积和收卷速度、膜间角度和电镀条件可以调控沉积金属的含量和尺寸，得到厚度在20-100 nm的金属层，合理的调节沉积条件，金属层可以实现部分结构的中断，进而在不同层碳基导热膜之间存在一定微观空隙，该空隙能有效调节复合膜的整体柔性，有利于在复杂受力下的导热性能发挥。

技术特征：

1.一种高通量碳基复合导热膜生产系统，其特征在于，至少包括：

2.根据权利要求1所述的高通量碳基复合导热膜生产系统，其特征在于，所述的多个第一导引辊上下等距分布。

3.根据权利要求1所述的高通量碳基复合导热膜生产系统，其特征在于，收卷辊的收卷速度为1-50 m/min。

4.根据权利要求1所述的高通量碳基复合导热膜生产系统，其特征在于，所述热压装置为热压辊，第二导引辊引出后的复合膜经热压辊热压还原后，经收卷辊收卷。

5.根据权利要求1所述的高通量碳基复合导热膜生产系统，其特征在于，所述热压装置为真空热压机，收卷辊收卷后得到的复合膜经所述真空热压机热压还原。

6.高通量碳基复合导热膜的生产方法，其特征在于，向权利要求1所述高通量碳基复合导热膜生产系统的电镀槽内注入电镀液直到没过所述第二导引辊；将多层碳基导热膜通过送膜辊引入到所述电解槽进行电沉积，在碳基导热膜层间形成金属层；热压后得到所述高通量碳基复合导热膜; 复合导热膜中金属层的厚度在20-100 nm。

7.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，所述的碳基导热膜是由石墨、石墨烯、碳纳米管、富勒烯、石墨炔、碳纤维中的一种或多种组合构成，导热膜的厚度在10-200 μm。

8.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，电镀液中金属离子为铜、金、银、铝、铁、锡、镍、锌的一种或多种。

9.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，电镀液中金属离子浓度为0.1-2 mol/l，电镀的电压范围为4-5 v，电流密度为10-25 a/dm2，电镀时间为4-20 min。

10.根据权利要求6所述的生产方法，其特征在于，热压辊的辊压压力为6-30 mpa，温度为600-800℃；真空热压机的热压压力为3-10 mpa，温度为500-600℃，热压维持10-60 s，真空度5-20 pa。

技术总结本发明公开了一种高通量碳基复合导热膜生产系统，所述高通量石墨导热膜由碳基导热膜和金属层层复合而成；具体的，本发明通过第一导引辊和第二导引辊的设置，在电解液中构建狭缝结构，金属层通过连续狭缝电镀法沉积在高导热碳膜之间，最终经高温辊压/高温真空热压形成稳定致密的结构。本发明制备高通量导热膜操作简单、无污染、效率高，可用于低成本、连续化制备柔性可控的高通量碳基导热膜。技术研发人员：韩燚,范沛东受保护的技术使用者：杭州高烯散热材料科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/5/27